工业合成氨
31工业合成氨
第二章第四节化学反应条件的优化——工业合成氨【双基回顾】一、合成氨反应的限度合成氨反应是在298k时自发进行的热反应，同时也是气体的物质的量减小的熵反应。
因此，温度、压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
研究发现：在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率（1）在反应过程中，随着氨的浓度的__________，反应速率会逐渐________，因此为了保持足够高的反应速率应适时将_________从混合气体中分离出来。
（2）使用________可以使合成氨的反应速率提高上万亿倍。
（3）温度越高，反应速率越________。
三、合成氨的适宜条件在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需条件有时是矛盾的。
因此选择条件时应该寻找以的反应速率获得适当的的反应条件。
此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气的使用、的综合利用等问题。
目前，合成氨生产一般选择做催化剂；控制反应温度在左右；根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择，大致分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa~3×107Pa），和高压（8.5×107Pa~1×108Pa）三种类型。
通常采用氮气与氢气物质的量之比为的投料比。
【考点精练】【考点1】合成氨反应分析【思考】从提高转化率的角度来看，合成氨应该采用什么条件？从提高化学反应速率来看应该采用什么条件？【练习1】合成氨反应的特点是()①可逆②不可逆③正反应放热④正反应吸热⑤正反应气体总体积增大⑥正反应气体总体积缩小A．①③⑤B．②④⑥C．①③⑥D．④⑤⑥【练习2】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。
下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是()A．①②③B．②④⑤C．①③⑤D．②③④【考点2】合成氨适宜条件的选择【思考】工业上合成氨的适宜条件是什么？【练习1】合成氨工业中，常加热到700 K左右的温度，理由是()①适当提高合成氨的反应速率②提高氢气转化率③提高氨的产率④催化剂在700 K时活性最大A．①B．①②C．②③④D．①④【练习2】根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是()A．研制耐高压的合成塔B．采用超大规模的工业生产C．研制耐低温复合催化剂D．探索不用H2和N2合成氨的新途径【课堂小测】1.有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采用的正确措施是()A．高温、高压B．适宜温度、高压、催化剂C．低温、低压D．高温、高压、催化剂2.在一定条件下，可逆反应N2+3H22NH3△H＜0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是（）A．加入催化剂V正、V逆都发生变化，且变化的倍数相等B．加压，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数C．降温，V正、V逆都减小，且V正减少倍数大于V逆减少倍数D．加入氩气，V正、V逆都增且V正增大倍数大于V逆增大倍数3.在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3，开始时其物质的量之比为3：1：1，反应达平衡后，H2、N2、NH3的物质的量之比为9：3：4，则此时N2的转化率为（）A．10% B．20% C．15% D．30%4.在密闭容器中进行如下反应已达平衡，N2+3H22NH3△H＜0，其他条件不变时，若将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍，则下列说法中正确的是（）A．平衡不移动 B.平衡向正方向移动 C.平衡向逆反应方向移动 D.NH3的百分含量增加【课后作业】1.在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%。
合成氨工业剖析合成氨工业的生产原理和重要性
合成氨工业剖析合成氨工业的生产原理和重要性合成氨工业的生产原理和重要性合成氨是一种重要的化工原料，在工业生产中广泛应用于农业、化学工业等领域。
本文将深入分析合成氨工业的生产原理和重要性。
一、合成氨工业的生产原理合成氨工业是通过哈伯-博士过程进行氨的合成。
该过程是将氢气与氮气通过催化剂反应生成氨气的化学反应。
具体来说，合成氨的工业生产主要包括以下步骤：1. 氮气制备：通过气体分离技术，将空气中的氮气与氧气分离，获取纯度较高的氮气，作为合成氨的原料之一。
2. 氢气制备：通常使用天然气或其他烃类作为原料，通过化学反应或水蒸气重整产生氢气，作为合成氨的另一种原料。
3. 反应器：将氮气和氢气按照一定的摩尔比例加入反应器中，使用铁、钴等金属作为催化剂，将氮气和氢气转化为氨气。
该反应需要在高压和适宜的温度下进行。
4. 分离与提纯：将反应后生成的气体混合物进行冷却和压缩，使氨气液化。
然后通过分离、蒸馏等工艺对氨气进行进一步提纯，得到纯度高的合成氨。
二、合成氨工业的重要性合成氨工业在现代化生产中具有极其重要的地位和作用。
以下是它的几个重要方面：1. 农业应用：合成氨是一种重要的化肥原料，广泛用于农业生产中。
它可以作为植物生长所必需的氮元素供给，促进作物的生长发育，提高农作物产量。
合成氨的大规模生产使得农业生产效率大大提高。
2. 化学工业：合成氨是生产化工产品的重要中间体。
它可用于制备尿素、硝酸铵、聚合物等多种化工产品。
尿素作为世界上最常用的氮肥，几乎全部由合成氨制造得来。
合成氨工业的发展与化学工业的发展密切相关。
3. 能源领域：合成氨可用作氢能源的储存和运输介质。
氨是一种高效的氢源，能够提供较高的氢储存密度和易于储存、运输的特点。
通过合成氨工业的发展，为氢能源的应用提供了可靠的支持。
4. 环保意义：合成氨工业的发展也与环境保护息息相关。
通过合成氨工业，可以实现废弃物资源化，减少氮气排放对环境的污染。
同时，合成氨也可以用作脱硫、脱氮等污染物处理的剂量，起到净化环境的作用。
【知识解析】工业合成氨适宜条件的分析
工业合成氨适宜条件的分析1 压强（1）理论分析和对实验数据的分析均表明，合成氨时压强越大越好。
压强对工业合成氨的影响如图2－4－1所示：优点如图2－4－1，压强越大，合成氨反应的反应速率越大，原料的转化率越高，平衡混合物中氨的体积分数越高400 ℃下平衡时氨的体积分数随压强的变化示意图图2－4－1缺点压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益（2）目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。
2 温度（1）根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。
温度对工业合成氨的影响如图2－4－2所示：优点如图2－4－2，温度越低，原料的转化率越高，平衡混合物中氨的体积分数越高10 MPa下平衡时氨的体积分数随温度的变化示意图图2－4－2缺点温度降低会使化学反应速率减小，反应达到平衡所需时间变长，经济效益降低（2）目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。
3 催化剂（1）目前，合成氨工业中普遍使用的催化剂：铁触媒（以铁为主体的多成分催化剂）。
（2）催化原理：改变反应历程，降低反应的活化能。
如图2－4－3所示：图2－4－3（3）铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的重要原因。
注意原料气需预先净化，防止原料气中的杂质使催化剂“中毒”。
4 合成氨的生产流程（1）生产流程图2－4－4（2）流程分析①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性。
②压缩机加压：增大压强。
③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。
④冷却：生成物NH3的液化需较低温度，采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。
工业合成氨
工业合成氨
工业合成氨是指通过人工方法在工业过程中合成氨分子的过程。
合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、化工、医药等领域。
工业合成氨的方法主要有两种，一种是哈伯-博希过程，另一种是氨压法。
哈伯-博希过程是最常用的工业合成氨方法，也被称为气相催化合成法。
该过程主要是在高压（100-300atm）和高温（400-500°C）下，使空气中的氮气和氢气通过催化剂（通常是铁或钼）反应生成氨气。
该过程具有能耗高、工艺复杂等特点，但由于其产量大、反应速度快，因此仍然是工业上合成氨的主要方法。
氨压法是另一种工业合成氨的方法，也称为氨合成压缩循环法。
该方法是通过将氮气与燃烧气混合并在高温下反应生成氨气。
反应产生的氨气会被压力吸附器吸附，再通过降压解吸器释放出来。
该方法具有能耗低、工艺相对简单等特点，但产量相对较低。
工业合成氨的应用非常广泛。
氨气可以用于合成化肥，如
尿素、硝酸铵等；还可以用于合成其他化学品，如氨水、
盐酸等；同时还可以应用于制药、冷藏、金属加工等领域。
工业合成氨课件
5、在合成氨反应中，入口气体体 积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口 气体体积比为9:27:8，则H2的转
化率为___2_5_%___。
起始
N2+3H2 6 18
2NH3 1
施来提高反应速率？
2、压强的选择
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体 反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使 平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合 实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器钢材质量 及综合指标，一般选择中压生产。
弗里茨·哈伯：
给人类带来丰收和 喜悦的天使，用空 气制造面包的圣人。
合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
假如你是一个合成氨工厂的老板，对工业生 产你会考虑哪些问题？
反应的可能性要强 原料的利用率要高 单位时间内产率高
化学反应的方向性
增大化学反应限度 加快化学反应速率
另外还要考虑生产中的能源消耗、原料 来源、设备条件、环境保护等因素。
(D)合成氨工业采用20 MPa ---- 50MPa ，是因该条 件下催化剂的活性最好
4.已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g) △H＜0。
催化剂的温度是_4_5_0_℃__。 (2)应采用的压强是__常__压__，理由是__因__为_常__压__下__SO2 __的__转__化_率__已__经__很__高_，__若__采__用__较_大__压__强__，__S_O_2_的__转__化_率_
工业合成氨
• 环保政策的实施对工业合成氨产业的结构调整和转型升
级具有积极推动作用
05
工业合成氨的技术创新与发展趋势
工业合成氨的技术创新方向
提高工业合成氨的环保性能
• 采用环保性能较好的生产工艺，降低环境污染
• 采用先进的污染治理技术，降低污染物排放
提高工业合成氨的生产效率
• 优化生产工艺，降低能源消耗，提高设备性能
需求将继续保持增长
• 机遇主要来自技术创新、市场需求等方面的推动
• 工业合成氨产业将通过技术创新、结构调整等措施，提
高产业竞争力
CREATE TOGETHER
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20世纪后期，工业合
成氨产业在全球范围内
得到了快速发展
• 通过高温、高压条件下的氮气与
• 工业合成氨成为当时化学工业的
• 新建的生产装置不断涌现，产能
大
• 这一发明为工业合成氨的大规模
• 随着技术的不断进步，工业合成
• 工业合成氨的生产技术不断创新，
生产奠定了基础
氨的生产成本逐渐降低
工业合成氨产业面临一定的挑战和机遇
• 挑战主要来自环境保护、能源消耗等方面的压力
• 机遇主要来自技术创新、市场需求等方面的推动
⌛️
02
工业合成氨的生产方法及原料
工业合成氨的主要生产方法
传统的工业合成氨生产方法
改进的工业合成氨生产方法
• 采用哈伯-博施工艺，通过高温、高压条件下的氮气与氢
• 采用甲醇制氨、天然气制氨等工艺，降低生产过程中的
• 反应器是工业合成氨生产的核心设备，用于氮气与氢气的反应
过程
工业合成氨公式
工业合成氨公式工业合成氨的化学方程式为：N_2 + 3H_2{高温、高压、催化剂}{===}2NH_3。
一、反应条件。
1. 高温。
- 较高的温度能加快反应速率。
但是温度过高会使平衡向逆反应方向移动（因为合成氨反应是放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度平衡向吸热方向移动），所以温度不能过高，工业上一般控制在400 - 500℃左右。
2. 高压。
- 增大压强有利于反应向生成氨的方向进行（根据勒夏特列原理，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，反应前有1体积的氮气和3体积的氢气共4体积气体，反应后生成2体积氨气，反应后气体体积减小）。
但是压强过高对设备要求高，成本增大，工业上一般采用10 - 30MPa的压强。
3. 催化剂。
- 采用铁触媒（以铁为主体的多成分催化剂）作催化剂，可以大大加快反应速率，缩短达到平衡的时间。
二、原料气的制取。
1. 氮气的制取。
- 从空气中分离出氮气。
工业上一般采用先将空气液化，然后根据氮气和氧气沸点的不同进行分离，氮气的沸点为 - 195.8℃，氧气的沸点为 - 183℃。
2. 氢气的制取。
- 通常采用水煤气法，反应方程式为C + H_2O(g){高温}{===}CO + H_2，然后将一氧化碳进一步与水蒸气反应转化为二氧化碳和氢气，反应方程式为CO +H_2O(g){催化剂}{===}CO_2+H_2，最后通过分离除去二氧化碳得到氢气。
三、合成氨的意义。
1. 氨是一种重要的化工原料，可用于生产氮肥（如尿素、铵盐等），提高农作物的产量，对解决全球粮食问题有着重要意义。
2. 氨还可用于生产硝酸等其他化工产品，在化工生产中有着广泛的应用。
化学反应条件的优化――――工业合成氨
化学反应条件的优化――――工业合成氨[知识要点]：一、合成氨的化学平衡分析：工业合成氨是可逆反应：N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 已知298K时△H=－92.2KJ·mol-1△S=－198.2 J·K―1·mol―1可知，该反应在298K时是一个能进行的反应，同时也是气体的物质的量的减反应。
[结论] 因此温度压强将有利于化学平衡向生成的方向移动，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡混合物的氨的含量最高。
二、合成氨的反应速率分析：特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系为v=kC (N2)C1.5(H2)C―1(NH3),可知，合成氨反应的速率与氨气浓度的次方成，在反应过程中，随着氨气的浓度的增大，反应速率会逐渐，因此为保持足够高的反应速率，应适时将从混和气中分离出来。
使用___________可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍，此外温度越高，反应速率。
[结论] 有利于提高合成氨反应速率的措施有：①提高反应温度②使用催化剂③适当提高氮氢比④适时分离反应产物氨三、提高合成氨反应的平衡转化率和反应速率的措施四、实际生产中采取的措施：目前，合成氨生产中一般选择作为催化剂。
控制反应温度在左右，根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致可分为（1×107Pa）、（2×107～3×108Pa）、(8.5×107~1×108Pa)三种类型，通常采用氮气与氢气物质的量之比为的投料比。
且氮气氢气循环使用。
目前的工艺条件下，合成氨厂出口气的氨含量一般为。
五、合成氨生产流程合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分氮气来自于空气，将空气，先得液态，气体为造气氢气来自于含氢的天然气，煤、炼油产品，反应可表示为净化目的氨的分离（方法将液化）合成氨氮气、氢气的循环使用反馈练习1、合成氨工业的生产中，应采取的适宜条件是（）A、高温高压B、适宜的温度，高压催化剂C、低温低压D、高温，高压催化剂2、在一定温度和压强下，合成氨反应达到平衡时，下列操作不会使平衡发生移动的是（）A、恒温恒压时充入氨气B、恒温恒容时充入氮气C、恒温恒容时充入氦气D、恒温恒压时充入氦气3、工业合成氨一般采用700K左右的温度，其原因是（）①适当提高氨的合成速率②提高氢气的转化率③提高氨的产率④催化剂在700K时活性最大A、①B、①②C、②③④D、①④4、在合成氨工业中，达到下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（）A、为增加NH3的日厂量，不断将NH3分离出来B、为增加NH3的日产量，使用催化剂C、为增加NH3的日产量而采用1×107Pa～1×108Pa 的压强D、为增加NH3的日产量，采用700K左右的高温5、二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g)N2O4(g)(正反应为放热反应)。
工业合成氨课件
c1.5(H2)]成正比关系，与生成物浓度[c(NH3)]成反比关系。
由此在一定温度、压强下，可采取增大反应物浓度、减
小生成物浓度来提高化学反应速率。另外还可采取升高温度， 使用合适的催化剂降低反应活化能来增大反应速率常数K加 快反应速率。 答案：见分析
2．合成氨工业生产中，为什么要采用分离产物，将原料气
3 0 3x 2x 3－3x 2x
1－x
2x 得： ×100%＝26.4% 2x＋1－x＋3－3x x＝0.418 0.418 mol α(N2)＝ 1 mol ×100%＝41.8%。
(4)增大反应浓度或降低产物浓度有利于平衡右移；低 温时虽然有利于化学反应正向进行，但速率较小，为提高
化学反应速率，500℃时加入合适的催化剂(铁)，既提高化
离出 NH3 。
四、反应流程
1．实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参
与反应的物质的浓度的关系式为：v＝k· c(N2)· c1.5(H2)· c－
1(NH 3)，请你根据该关系式分析，各物质的浓度对反应速
率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？ 分析：由合成氨反应的化学反应速率公式可知，在一定 温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度[c(N2)或
[解析]
A项，混合气进行循环利用，原子利用率高，
符合绿色化学思想；B项，分离液氨不能加快反应速率，主 要是利于平衡正向移动，提高原料利用率；C项，压缩混合
气(加压)利于平衡正向移动；D项，催化剂能加快反应速率，
对平衡无影响。 [答案] B
合成氨流程中的每个环节的总旨是：增大产率、降低成
本、增大效益。
衡混合物中NH3含量的变化情况。 达到平衡时平衡混合物中NH3的含量(体积分数)[投料 V(N2)∶V(H2)＝1∶3]
工业合成氨化学方程式
工业合成氨化学方程式
工业合成氨的化学方程式：N(g)+3H(g)=2NH(g)（可逆反应）。
工业制氨绝大部分是在高压、高温和催化剂存在下由氮气和氢气合成制得。
氮气主要来源于空气；氢气主要来源于含氢和一氧化碳的合成气（纯氢也来源于水的电解）。
由氮气和氢气组成的混合气即为合成氨原料气。
n2(g)+3h2(g)=2nh3(g)
1、生产能力和产量合成氨就是化学工业中产量非常大的化工产品合成氨工业，年，世界合成氨的生产能力为mt氨,但因原料供应、市场需求的变化，合成氨的产量并不等于生产能力必须高。
合成氨产量以俄罗斯、中国、美国、印度等十国最低，占到世界总产量的.一半以上。
2、消费和用途。
合成氨主要消费部门为化肥工业，用于其他领域的（主要是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨。
3、原料。
合成氨主要原料存有天然气、石脑油、重质油和煤等。
年，世界以天然气制氨的比例约占到71%,苏联为92.2%、美国为96%、荷兰为%；中国仍以煤、焦炭为主要原料制氨,天然气制氨仅占到20%。
70年代原油涨价后，一些使用石脑油为原料的合成氨老厂转用天然气，新建厂绝大部分使用天然气并作原料。
4、生产方法。
生产合成氨的方法主要区别在原料气的制造，其中最广泛采用的为蒸汽转化法和部分氧化法。
工业合成氨催化剂的主要成分
工业合成氨催化剂的主要成分
1工业合成氨催化剂
工业合成氨是大规模生产氨的一种方法。
这种方法用来取代传统的方法，例如硫酸-硝酸法和氢-氧法，亦或是来自燃烧气体氨的捕捉。
工业合成氨的主要原料包括氮气（N2）和氢气（H2），它们以高温反应，以产生氨（NH3）。
氮气与氢气在反应过程中可以形成氨，这种反应通常称为氨合成反应，又称Haber-Bosch反应。
而工业合成氨催化剂是氨合成反应的关键参与者，它有助于加速反应的进程，从而大大减少反应所需时间，提高氨的产量。
在反应过程中，催化剂的主要作用是“激活”氢气分子，使其可以与氮气分子有效地反应，生成氨分子。
这种催化剂具有金属结构，有时包含卤素或氟等元素。
最常见的氨合成催化剂是铈催化剂和钌催化剂。
铈和钌在温度范围内都具有活性，可以在中性或碱性条件下发挥作用。
他们之间的化合物表现出不同程度的催化活性，铈取得的效果比钌略逊一筹。
然而，无论是金属铈或钌，它们都可以兼顾活性和稳定性，使得它们可靠、节能、低噪声地运行，并且产生的氨可以达到最高产量和最佳质量。
在反应条件允许的情况下，氨合成催化剂可以有效地催化氨的反应，从而达到减少原料消耗、减少能耗消耗、降低产品细节以及提高反应速率等优势。
同时，它们还可以延长催化剂的使用寿命，降低催化剂更换的费用支出，使工业合成氨的生产更加可靠和高效。
工业合成氨
1. 合成氨工业(1)简要流程(2)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。
用煤和水制H2的主要反应为：(3)制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。
(4)氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。
(5)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。
2.合成氨条件的选择(1)合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应：(2)合成氨生产的要求：合成氨工业要求：○1反应要有较大的反应速率；○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。
(3)合成氨条件选择的依据:运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中NH3的含量的影响合成氨条件的选择增大压强有利于增大化学反应速率有利于提高平衡混合物中NH3的产量压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强升高温度有利于增大化学反应速率不利于提高平衡混合物中NH3的产量温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度(因该温度时，催化剂的活性最强)使用催化剂有利于增大化学反应速率没有影响催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。
○1温度：500℃左右○2压强：20MPa—50MPa ○3催化剂：铁触媒除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。
(6)合成氨生产示意图3.解化学平衡题的几种思维方式(1)平衡模式思维法(三段思维法)化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。
工业合成氨方法和工艺流程
工业合成氨方法和工艺流程在200MPa的高压和500℃的高温和催化剂作用下，N2+3H2====2NH3,经过压缩冷凝后，将余料在送回反应器进行反应，合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
生产方法生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。
①天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨。
重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨。
随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。
液氨常用作制冷剂。
贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。
此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。
液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。
液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运合成氨是以碳氨为主要原料, 我司可承包的合成氨生成成套项目, 规模有4×104 吨/年, 6×104 吨/年, 10×104 吨/年, 30×104 吨/年, 其产品质量符合中国国家标准.1. 工艺路线：以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是:造气-> 半水煤气脱硫-> 压缩机1，2工段-> 变换-> 变换气脱硫->压缩机3段-> 脱硫->压缩机4，5工段-> 铜洗-> 压缩机6段-> 氨合成-> 产品NH3采用甲烷化法脱硫除原料气中CO. CO2 时, 合成氨工艺流程图如下:造气->半水煤气脱硫->压缩机1,2段->变换-> 变换气脱硫-> 压缩机3段->脱碳-> 精脱硫->甲烷化->压缩机4,5,6段->氨合成->产品NH32. 技术指标:(1) 原料煤: 无烟煤: 粒度15-25mm 或25-100mm固定75%蒸汽: 压力0.4MPa, 1-3MPa(2) 产品: 合成氨：氨含量（99.8%）残留物含量（0.2%）3. 消耗定额: ( 以4×104 吨/年计算)(1) 无烟煤( 入炉) : 1,300kg(2) 电: 1,000KWH( 碳化流程), 1,300KWH( 脱碳流程)(3) 循环水: 100M3(4) 占地: 29,000M24. 主要设备:(1) 造气炉(2) 压缩机(3) 铜洗(4) 合成塔。
工业合成氨原理
工业合成氨原理工业合成氨是一种重要的化学反应，它对全球化工行业具有重要的意义。
合成氨是用于制造肥料和其他化学品的基础原料，因此对于农业生产和化工行业都具有重要的意义。
合成氨的制备是通过哈柏-博斯曼过程实现的，这是一种重要的化学工艺过程，本文将对工业合成氨的原理进行介绍。
工业合成氨的原理基于一种叫做哈柏-博斯曼过程的化学反应。
这个过程是在高温高压下进行的，通常使用铁催化剂。
在这个过程中，氮气和氢气通过催化剂反应生成氨气。
具体的反应方程式如下：N2 + 3H2 → 2NH3。
这个反应是一个放热反应，通常在400-500摄氏度和200-300大气压的条件下进行。
铁催化剂可以加速这个反应的进行，同时还可以避免不必要的副反应的发生。
这个反应是一个平衡反应，因此需要在一定的温度和压力下进行，以提高氨气的产率。
工业合成氨的原理还涉及到了氮气和氢气的制备。
氮气通常是通过空分设备从空气中提取得到的，而氢气则是通过蒸汽重整或水电解等方法制备得到的。
这两种气体的制备对于合成氨的生产至关重要，因为反应需要大量的氮气和氢气来进行。
工业合成氨的原理还涉及到了反应条件的控制。
在实际的生产过程中，需要对温度、压力、催化剂的选择和气体流量等因素进行精确的控制，以确保反应的进行和产率的提高。
此外，还需要对反应后的氨气进行分离和纯化，以得到符合工业标准的合成氨产品。
总的来说，工业合成氨的原理是基于哈柏-博斯曼过程的化学反应。
这个过程需要在一定的温度和压力下进行，并且需要精确控制反应条件和气体制备过程。
工业合成氨的原理对于化工行业和农业生产具有重要的意义，因此对于合成氨的生产过程需要深入了解和研究。
希望本文的介绍能够对工业合成氨的原理有所帮助。
氨的工业合成
引发思考：
1、对于实际化工生产，为了提高氨的产量，尽可能快 地和尽可能多地（提高氨气在平衡混合气中的含量）合 成氨，工业合成氨需要考虑哪些方面的问题？ 工业合成氨需要考虑化学反应速率和化学平衡 两个方面的问题。 2、影响化学反应速率的因素有哪些？如何才能提高 合成氨的化学反应速率？化学反应速率快慢意味着 什么？ 升高温度、增大压强、增大反应物的浓度和 使用催化剂可以提高合成氨的化学反应速率。 化学反应速率快慢意味达到平衡的时间长短。
雷雨发庄稼
氮的固定
将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定．
合成氨的实地照片
(五)合成氨工业的发展
阅读书本Ｐ１４～Ｐ１５页后总结．
小结：
工业合成氨:
(1)原理: (2)条件: (3)生产过程: (4)三废处理:
练习：
１．合成氨所需的 可由煤和水蒸气反应而制得， 其中一步的反应为： （正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率 的是（ Ｃ ） A．增大压强 B．降低温度 C．增大水蒸气浓度 D．加催化剂
课题2 氨的工业合成
1、氨有什么用途？氨的工业合成有什么 意义？
氨在国民经济中占有重要的地位，约有80% 的氨用来制造化肥，其它的用作生产化工产品的 原料。 氨的工业合成有非常重要的意义：氨的工 业合成实现了氮肥的工业化生产，解决了世界粮 食危机；合成氨生产技术的创立不仅开辟了人工 固氮的途径，更重要的是对整个化学工业技术的 发展产生了重大影响，为此曾两次获得诺贝尔化 学奖。
1、用图式表示合成氨的流程：
原料气 的制取
净 化
合 成
分 离
液氨
1.在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。每当 人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。 然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请解释原因。 N2 + O2 ====
工业合成氨的方法
工业合成氨的方法
工业合成氨主要有哈伯-博斯曼法和奥让-吕克法两种方法。
1. 哈伯-博斯曼法：也称为直接合成法。
该方法通过在高温高压下将氮气和氢气反应生成氨气。
反应以铁为催化剂，常温下反应速度较慢，需要加热至400-500摄氏度，压力高达100-200atm。
该方法是工业上最常用的氨合成方法，能够大量生产氨气。
2. 奥让-吕克法：也称为间接合成法。
该方法先将天然气（主要是甲烷）转化为一氧化碳和氢气，然后通过费舍尔-通纳合成反应将一氧化碳和氢气合成为甲醇。
最后，将甲醇通过催化剂进行裂解，生成氢气和一氧化碳，再与氮气进行合成反应得到氨气。
这种方法相对复杂，但可以通过更加便宜的原料制备氨气。
这两种方法都能够实现大规模的工业合成氨气。
在实际应用中，根据不同的条件和资源的可获得性，选择合适的方法进行氨气的合成。
工业合成氨
向移动，那么生产中是否温度越低越好？ 在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化 剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还 要使用呢？
压强怎么选？ 分析：
①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增 大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向 移动，所以理论上压强越大越好。 ②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合 实际科学技术。
研讨的结果
外部条件 压强 温度 催化剂 浓度 工业合成氨的适宜条件
高压（8.5×105-1×108 Pa ）
适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 液化氨并及时分离、补氮、氢 原料气循环[ n(N2):n(H2)=1:2.8 ]
小
结
1、合成氨的工业条件的选择 ——反应速率和化学平衡共同作用的结果
N2+3H2 2NH3
（正反应放热）
特点：
a、可逆反应 b、正反应放热 c、正反应是气体体积减小(熵减小)的反应
达到平衡时平衡混合物中NH3的含量 （体积分数[ V(N2):V(H2)=1:3 ]
NH3含 量/% 温度/℃ 压强 /MPa
0.1 15.3 2.2 0.4 0.1
10
20
30
60
100
2、选择合成氨的条件时，既不能片面地 追求高转化率，也不能只追求高反应速
率，而应该……
小结：合成氨选择适宜生产条件的原则
1.既要注意外界条件对反应影Байду номын сангаас的一致性， 又要注意外界条件对反应影响的矛盾性。
2.既要注意温度、催化剂对速率影响的一致
性；又要注意催化剂的活性对温度的限制。 3.既要注意注意理论上的需要，又要注意 实际操作的可能性。
工业合成氨的适宜条件
工业合成氨的适宜条件
（实用版）
目录
1.工业合成氨的背景和重要性
2.工业合成氨的原理和过程
3.工业合成氨的适宜条件
a.压强
b.温度
c.催化剂
4.工业合成氨的发展趋势和挑战
5.结论
正文
一、工业合成氨的背景和重要性
工业合成氨（NH3）是一种重要的化工原料，被广泛应用于化肥、化工、能源等领域。
我国是全球最大的合成氨生产和消费国，合成氨产业在国民经济中占有举足轻重的地位。
二、工业合成氨的原理和过程
工业合成氨是通过哈伯 - 博世法（Haber-Bosch Process）进行的。
该方法的原理是在高温、高压条件下，将氮气（N2）和氢气（H2）通过催化剂催化合成氨。
三、工业合成氨的适宜条件
1.压强：在实际生产中，受动力和材料设备影响，我国合成氨厂一般采用 20MPa~50MPa 的压强范围。
2.温度：从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利，但温度过低会导致反应速率很小。
实际上，在 500℃时催化剂铁触媒的活性最大，因此工业生产中一般选用 500℃。
3.催化剂：工业合成氨通常采用铁触媒作为催化剂，铁触媒在 500℃时活性最大。
四、工业合成氨的发展趋势和挑战
随着环保政策的不断加强和能源结构的调整，工业合成氨产业面临着许多挑战，如提高生产效率、降低能耗、减少环保污染等。
因此，未来工业合成氨的发展趋势将倾向于清洁生产、高效催化剂的研究和应用等方面。
五、结论
工业合成氨的适宜条件包括压强、温度和催化剂等方面，这些条件的优化有助于提高合成氨的生产效率和降低生产成本。
工业合成氨的平衡常数表达式
工业合成氨的平衡常数表达式
工业合成氨是一种重要的有机物，它是有机化学、分子生物学和环境工程学等领域中非常重要的原料，主要用于有机化工、农药和肥料的生产。
由于氨的重要性，工业合成氨的平衡常数受到了广泛的关注。
工业合成氨的平衡常数的表达式是：Kc = [NH3]2/[N2][H2]，其中Kc是平衡常数，[NH3]、[N2]和[H2]分别表示氨、氮和氢的浓度。
由这个表达式可以看出，当氮和氢的浓度变化时，氨的浓度也会发生变化，从而影响平衡常数的值。
实际上，工业合成氨的反应是一个三步反应，即N2 + 3H2 → 2NH3。
由于这个反应的活化能比较高，通常需要使用高温和高压条件。
平衡常数的变化主要受温度和压力的影响，因此，在温度和压力变化的情况下，工业合成氨的平衡常数也会发生变化。
此外，工业合成氨还受到其他因素的影响，如粒子大小、流速和固定床材料，它们也会影响平衡常数的变化。
因此，在工业合成氨过程中，必须注意这些因素，以确保生产过程的稳定性和效率。
总之，工业合成氨的平衡常数受到温度、压力和其他因素的影响，在工业合成氨过程中必须注意这些因素，以确保生产的稳定性和效率。
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温度 催化剂
浓度
练习 1.1913年德国化学家哈伯发明了以低成 本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长 的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中
为提高原料转化率而采取的措施是( B )
A．①②③ C．①③⑤
B．②④⑤ D．②③④
不同压强SO2的转化率（%）
1.0×105Pa 5.0×105Pa 1.0×106Pa 5.0×106Pa 1.01×107Pa
③使用催化剂
④增大CO的浓度
A. ①②③
⑤增大水蒸气的浓度
C. ①⑤ D. ⑤
B. ④⑤
三、合成氨反应的速率
影响合成氨反应的速率的因素有哪些？从反应速率角度 考虑应选择什么条件？
温度 压强 浓度 催化剂
高温 高压 增大N2、H2浓度 Fe（铁触媒）
四、合成氨的适宜条件
条件 压强 工业合成氨的适宜条件 在设备条件允许的前提下，尽量采取高 压(1×107~1×108Pa) 700K,考虑速率，催化剂的适宜温度(该 温度下催化剂活性最大) 铁做催化剂 不断的补充反应物，及时的分离出产物， N2、 H2的物质的量之比1:2.8
工业合成氨
工业合成氨： N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △ S=-198.2J/(K ·mol) △ H=-92.2KJ/mol
合成氨反应的特点：Βιβλιοθήκη 1.可逆反应2. 放热反应
3.气体体积减小的反应
利用所学理论分析工业合成氨的适宜条件？
一、合成氨反应的方向
△H-T△S＝-92.2kJ· mol－1＋298K×198.2J· K － 1· mol－1 ＝－33.1kJ· mol－1＜0， 故该反应在298K时能自发进行
（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为 三氧化硫，可控制的反应条件是 常压、450 ℃、催化 剂。 （2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度 其原因是：在此温度下催化剂的活性最高。 （3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是在 常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高 压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设 备，得不偿失。 （4）在生产中，通入过量空气的目是增大反应物O2 的浓度，提高SO2的转化率。 (5)尾气中有SO2必须回收是为了防止污染环境。
二、合成氨反应的限度
影响合成氨反应的限度的因素有哪些？从反应限度角度 考虑应选择什么条件？
温度
低温
压强
浓度
高压
N2:H2=1:3
练习 1.合成氨所需要的氢气可由煤与水反应制得，
其中有如下反应：CO(g)＋H2O(g) ( C)
①降低温度 ②增大压强
CO2(g)＋H2(g)
，△H﹤0. 欲提高CO的转化率可采用的方法是
450℃ 97.5%
98.9%
99.2%
99.6%
99.7%
500℃ 85.5%
92.9%
94.9%
97.7%
98.3%
已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) △H＜0 其实验数据见表 （1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧 化硫，可控制的反应条件 。 （2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度其原 因是 。 （3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。 （4）在生产中，通入过量空气的目是 。 (5)尾气中有SO2必须回收是为了 。
化学反应条件的优化
——工业合成氨
【课标要求】 1.运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的 影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能 讨论化学反应条件的选择和优化。 2.针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应 和化工生产条件进行综合分析。 【学习目标】 1.掌握应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成 氨的适宜条件。 2.初步学会应用化学原理选择化工生产条件的思想和 方法。